IDBR: Collaborative Research: Development of a Time-Resolved Photon-Counting Imager for Biology

IDBR:合作研究:开发生物学用时间分辨光子计数成像仪

基本信息

  • 批准号:
    0552099
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-10-01 至 2010-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This is one of two awards supporting a collaborative project aimed at development of a new time-resolved single-photon imager optimized for ultrahigh sensitivity fluorescence spectroscopy and microscopy. The detector will be capable of registering individual (single) photons with high quantum efficiency and time resolution, and with high spatial resolution in two-dimensions (2D) at high-count rates. The instrument will be suitable for imaging and spectroscopy of single molecules, molecular complexes and macromolecules in living cells and tissues with increased sensitivity, signal-to-noise ratio and signal-to-background ratio, while providing multi-parametric, high information content from each detected photon (2D position, microscopic and macroscopic time of arrival with respect to an excitation by a train of short laser pulses, or wavelength and polarization anisotropy). The device has been dubbed the "H33D detector" for High-spatial resolution, High-temporal resolution and High count-rate 3-Dimensional detector. Targeted detector performance is: (i) quantum efficiency (QE) of 35 % @ 600nm. (ii) spatial resolution of 50 um x 50 um, allowing at least 256 x 256 resolution elements (pixels), (iii) temporal resolution of 150 picoseconds, and (iv) maximum count rate of 100 kHz per single pixel and 5 MHz over the whole detector. The development of the H33D detector comprises two complementary aspects: 1) a new detector design based on an initial prototype, and 2) new biological imaging and spectroscopy applications. The new detector design consists of a fast GaAs photocathode mounted in front of a stack of microchannel plates and a cross-strip anode. The readout electronics will be designed, built and tested by one of the collaborating groups. The other collaborating group will build the optical instrumentation and software needed for it. Two instruments will be built; the first, a non-optimized prototype, will be installed initially in a campus shared-use facility at UCLA, and eventually transferred to the California NanoSystems Institute Advanced Light Microscopy/Spectroscopy Shared Facility. Through these placements, the instrument will be available for use by a number of independent investigators and students. The experience gained from such use will be helpful in development of a second, more optimized instrument. Broader impacts of the project derive from the involvement of students in instrument construction and testing, and the availability of the instrument by a large number of investigators in a shared facility.
这是支持一个合作项目的两个奖项之一,该项目旨在开发一种新的时间分辨率单光子成像仪,该成像仪针对超高灵敏度荧光光谱和显微镜进行了优化。该探测器将能够以高量子效率和时间分辨率记录单个(单)光子,并以高计数速率在二维(2D)中具有高空间分辨率。该仪器将适用于活细胞和组织中单分子、分子络合物和大分子的成像和光谱,具有更高的灵敏度、信噪比和信背景比,同时提供来自每个检测到的光子的多参数、高信息含量(相对于短激光脉冲激发的2D位置、微观和宏观到达时间,或波长和偏振各向异性)。该设备因具有高空间分辨率、高时间分辨率和高计数率的三维探测器而被称为“H33D探测器”。目标探测器的性能是:(I)量子效率(QE)为35%@600 nm。(2)空间分辨率为50微米×50微米,允许至少256×256个分辨率元素(像素),(3)时间分辨率为150皮秒,以及(4)在整个探测器上每单个像素的最大计数速率为100千赫和5兆赫。H33D探测器的开发包括两个相辅相成的方面:1)基于初始原型的新探测器设计,以及2)新的生物成像和光谱应用。新的探测器设计由安装在一堆微通道板前面的快速砷化镓光电阴极和交叉条阳极组成。读出电子设备将由其中一个合作小组设计、制造和测试。另一个合作小组将建造光学仪器和所需的软件。将建造两台仪器;第一台是非优化的原型,最初将安装在加州大学洛杉矶分校的校园共享设施中,最终转移到加州纳米系统研究所高级光学显微镜/光谱共享设施。通过这些安置,该仪器将可供一些独立调查人员和学生使用。从这种使用中获得的经验将有助于开发第二种更优化的仪器。该项目的更广泛影响来自于学生参与仪器建造和测试,以及大量调查人员在一个共享设施中提供仪器。

项目成果

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